溫度對光伏電站發(fā)電量的影響研究*

熊德安，李景云

（新疆天富金陽新能源有限責(zé)任公司，新疆石河子832000）

溫度對光伏電站發(fā)電量的影響研究*

熊德安，李景云

（新疆天富金陽新能源有限責(zé)任公司，新疆石河子832000）

本文通過研究溫度對光伏電站設(shè)施、設(shè)備的影響，進(jìn)而確定溫度對光伏電站發(fā)電量的影響，從理論和實(shí)踐2個(gè)方面分析溫度對光伏電站發(fā)電量的影響，并提出針對溫度提升發(fā)電量的對策，對光伏電站在西北地區(qū)的運(yùn)營有一定的參考價(jià)值。

溫度；組件；發(fā)電量

1 溫度對光伏電站設(shè)備、設(shè)施的影響

1.1 溫度對組件的影響

太陽能光伏發(fā)電核心單元為太陽能電池，目前投入大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的主要是硅系太陽能電池，即單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池[1]。溫度對硅太陽能電池的影響，主要反映在太陽能電池的開路電壓、短路電流、峰值功率等參數(shù)隨溫度的變化而變化。

單體太陽能電池的開路電壓隨溫度的升高而降低，電壓溫度系數(shù)為210～212mV/℃，即溫度每升高1℃，單體太陽能電池開路電壓降低210～ 212mV。太陽能電池短路電流隨溫度的升高而升高；太陽能電池的峰值功率隨溫度的升高而降低（直接影響到效率），即溫度每升高1℃，太陽能電池的峰值功率損失率為0.135%～0.145%。例如：工作在20℃的硅太陽能電池，其輸出功率要比工作在70℃的高20%。

1.2 溫度對組件串聯(lián)個(gè)數(shù)的影響

光伏組件串聯(lián)個(gè)數(shù)應(yīng)保證滿足逆變器的直流MPPT電壓和最大直流允許電壓的要求。目前，較常用的集中式逆變器型號為500kW，其MPPT電壓跟蹤范圍為500～850V，最大開路電壓均為1000V。根據(jù)GB50797-2012《光伏發(fā)電站設(shè)計(jì)規(guī)范》中計(jì)算公式對光伏組件串聯(lián)數(shù)量進(jìn)行計(jì)算，得出如下結(jié)論：

表1 極端溫度與組件串聯(lián)個(gè)數(shù)關(guān)系

從表1可以看出，西北地區(qū)60片260W組件可以串聯(lián)22個(gè)；60片280W組件可以串聯(lián)21～22個(gè)；72片305W組件可以串聯(lián)18個(gè)，72片325W組件可以串聯(lián)17～18個(gè)。基于成本考慮，一般都選擇串聯(lián)22個(gè)。下文實(shí)例中的電站以255W串聯(lián)22個(gè)設(shè)計(jì)。

1.3 溫度對接線盒的影響

接線盒在太陽電池組件中起著非常重要的作用，它不僅能將太陽能電池產(chǎn)生的電傳輸?shù)酵獠侩娐分腥ィ瑫r(shí)也是太陽電池組件的“保鏢”。接線盒是集電氣設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)與材料科學(xué)相結(jié)合的跨領(lǐng)域的綜合性設(shè)計(jì)；接線盒充當(dāng)“保鏢”時(shí)，它利用二極管自身的性能使得太陽電池組件在遮光、電流失配等其他不利因素發(fā)生時(shí)，還能保證工作，適當(dāng)降低損失。

接線盒盒體及盒蓋材料為聚苯醚塑料。盒體、盒蓋及密封圈形成1個(gè)密封的空間，隨著溫度的升高，密封空間內(nèi)空氣體積膨脹，氣壓增大，且使盒體、盒蓋機(jī)械強(qiáng)度變小，接線盒盒體或盒蓋發(fā)生變型，盒內(nèi)外氣壓一致。大大降低了接線盒的密封性，水汽及灰塵的進(jìn)入會破壞盒內(nèi)金屬器件，造成接線盒報(bào)廢。使接線盒內(nèi)溫度升高的因素主要為二極管和環(huán)境溫度。二極管在導(dǎo)通時(shí)會產(chǎn)生熱量，同時(shí)，由于二極管和接線端子存在接觸電阻，也會產(chǎn)生熱量。另外，環(huán)境溫度升高也會使接線盒內(nèi)部溫度升高。密封圈的材料為有機(jī)硅橡膠，高溫會加速密封圈的老化速度，影響接線盒的密封性，降低防水防塵等級。二極管內(nèi)部存在反向電流，溫度每升高10℃，反向電流就會增大1倍，反向電流會減小組件產(chǎn)生的電流，影響組件的功率。

表22015 年石河子地區(qū)每月平均氣溫及降水總量

表320MW電站2015年產(chǎn)能統(tǒng)計(jì)

2 溫度對發(fā)電量的影響

2.1 溫度對太陽能電池組件的影響

溫度對光伏電池的影響很大，開路電壓溫度系數(shù)為-0.64%/℃，即是溫度每升高1℃，開路電壓下降0.64%。單塊太陽能電池組件通常由60片單體太陽能電池串聯(lián)組成。根據(jù)在新疆石河子地區(qū)實(shí)地測量的結(jié)果，夏天時(shí)太陽能電池組件表面溫度可以達(dá)到72℃，此時(shí)的太陽能電池工作結(jié)溫可以達(dá)到102℃（額定參數(shù)標(biāo)定均在25℃條件下），組件的開路電壓與額定值相比將降低15264mV，峰值功率損失率約為32%，由此可以看出，硅太陽能電池工作在溫度較高情況下，開路電壓隨溫度的升高而大幅下降，同時(shí)導(dǎo)致充電工作點(diǎn)的嚴(yán)重偏移，易使系統(tǒng)充電不足而損壞；硅太陽能電池的輸出功率隨溫度的升高也大幅下降，致使太陽能電池組件不能充分發(fā)揮最大性能。

2.2 溫度對發(fā)電量影響的實(shí)例

從表2、3可以看出，在溫度較低的1月、11月及12月，發(fā)電量均未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，而在溫度較為適宜的3～10月，發(fā)電量均超過設(shè)計(jì)值。

3 解決方案

3.1 通過合理設(shè)計(jì)和安裝太陽能電池組件來降低溫度影響

系統(tǒng)設(shè)計(jì)（尤其是存在太陽能電池組件串并聯(lián)組成太陽能方陣）時(shí)，應(yīng)根據(jù)使用環(huán)境的不同，適當(dāng)增加太陽能電池組件數(shù)量，以補(bǔ)償由溫度的升高而引起的電壓損失和功率損失，保證系統(tǒng)正常使用。同時(shí)，在太陽能電池組件的安裝上應(yīng)充分考慮散熱問題，尤其是將太陽能電池組件與建筑物相結(jié)合安裝時(shí)，應(yīng)留出足夠的散熱空間。

廣泛采用的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中，60片組件在南方地區(qū)24個(gè)1串，北方地區(qū)22個(gè)1串，72片組件南方20個(gè)1串，北方地區(qū)18個(gè)1串。

3.2 設(shè)計(jì)合理的太陽能光伏發(fā)電用充放電控制器

實(shí)現(xiàn)太陽能電池方陣最大功率跟蹤（MPPT）功能，來精確跟蹤工作電壓和功率波動(dòng)，發(fā)揮太陽能電池最大效能。增加溫度補(bǔ)償功能，在不同的溫度條件下，自動(dòng)調(diào)整蓄電池充電電壓和放電終止電壓，如果可能應(yīng)盡量根據(jù)蓄電池容量設(shè)置過放電控制，合理發(fā)揮蓄電池的性能。

接線盒內(nèi)容易受高溫影響的部件為密封圈、二極管以及盒蓋。所以，接線盒必須具備優(yōu)良的散熱性，或作特殊的散熱設(shè)計(jì)才能減少溫度的影響。常見的散熱設(shè)計(jì)為增大金屬件的表面積或安裝散熱片。但是這樣并沒有徹底解決散熱問題。如果在接線盒內(nèi)部安裝散熱片，雖然暫時(shí)降低了二極管的管溫，但是仍然會使接線盒內(nèi)腔溫度升高，影響橡膠密封圈的使用壽命；如果安裝在盒外面，一方面會影響接線盒整體的密封性，也會容易使散熱片被腐蝕。可行的方案是安裝特殊裝置，溝通盒內(nèi)外，以達(dá)到平衡氣壓的作用，降低盒內(nèi)溫度和氣壓，降低接線盒損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 設(shè)計(jì)合理的機(jī)房，盡量控制室內(nèi)溫度在合適的范圍內(nèi)

尤其在高寒地區(qū)應(yīng)采用被動(dòng)式太陽能采暖房，盡量使蓄電池在5～35℃的環(huán)境溫度下工作。在太陽能光伏發(fā)電應(yīng)用中，溫度除了影響太陽能電池和蓄電池的電性能外，在獨(dú)立光伏電站建設(shè)中，太陽房的施工、電線電纜的鋪設(shè)、陣列基礎(chǔ)的施工等都應(yīng)考慮溫度的影響。

[1]孫朋杰，陳正洪，成馳，等.太陽能光伏電站發(fā)電量變化特征及其與氣象要素的關(guān)系[J].水電能源科學(xué)，2013（11）：249-252.

兵團(tuán)環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究所

兵團(tuán)環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究所（以下簡稱“兵團(tuán)環(huán)科所”）于2004年9月3日經(jīng)國家認(rèn)證認(rèn)可監(jiān)督管理委員會批準(zhǔn)開展有機(jī)產(chǎn)品認(rèn)證（認(rèn)證機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)證書號：CNCA-R-2004-131號），2006年4月7日獲得了中國合格評定國家認(rèn)可委員會頒發(fā)的有機(jī)產(chǎn)品認(rèn)證機(jī)構(gòu)認(rèn)可證書（注冊號：CNAS-C110-O）。認(rèn)證業(yè)務(wù)范圍包括作物種植、野生采集、畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖、加工等，是中國認(rèn)證認(rèn)可協(xié)會的理事單位，同時(shí)也是全國23家有機(jī)產(chǎn)品認(rèn)證機(jī)構(gòu)中新疆唯一一家。

兵團(tuán)環(huán)科所下設(shè)有機(jī)產(chǎn)品認(rèn)證中心（以下簡稱“中心”），專門從事有機(jī)產(chǎn)品的認(rèn)證工作。中心現(xiàn)有專兼職檢查員40余人，專家27人，技術(shù)力量雄厚。

截至2012年年底，通過兵團(tuán)環(huán)科所認(rèn)證的企業(yè)已達(dá)80多個(gè)，范圍遍布全疆；還將業(yè)務(wù)拓展至北京、上海、山東、云南、內(nèi)蒙等省區(qū)。2012年6月，我所檢查員赴美國明尼蘇達(dá)州，對進(jìn)口中國的有機(jī)產(chǎn)品開展現(xiàn)場認(rèn)證檢查。通過有機(jī)產(chǎn)品認(rèn)證的產(chǎn)品包括水稻、小麥、棉花、大豆、紅棗、哈密瓜、蘋果、葡萄、草莓、樹上干杏、紅花油、野生魚、螃蟹、飼草、牛羊肉等，占新疆有機(jī)產(chǎn)品認(rèn)證市場份額的30%以上。中心積極協(xié)助企業(yè)建設(shè)有機(jī)食品基地，其中9家企業(yè)獲得環(huán)保部授予的“國家有機(jī)食品基地”稱號，2個(gè)地區(qū)獲得國家認(rèn)監(jiān)委授予的“有機(jī)產(chǎn)品認(rèn)證示范區(qū)”。

本中心將本著求真、務(wù)實(shí)、公正、公平、運(yùn)作規(guī)范、評價(jià)準(zhǔn)確、服務(wù)誠信的態(tài)度為認(rèn)證企業(yè)服務(wù)

2013年在兵團(tuán)環(huán)保局的組織下，兵團(tuán)環(huán)科所籌建成立兵團(tuán)有機(jī)產(chǎn)品協(xié)會。協(xié)會本著為會員服務(wù)，為行業(yè)服務(wù)的宗旨，為兵團(tuán)及全疆的有機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供平臺。

兵團(tuán)環(huán)科所有機(jī)認(rèn)證中心：

地址：新疆烏魯木齊市紅山路159號天鴻綜合樓三樓郵編：830002

電話：0991-2325271傳真：0991-2819402E-mail：bthks_yj@163.com

聯(lián)系人：萬勤（所長）13609922171韓春麗（主任）13659926509

兵團(tuán)有機(jī)產(chǎn)品協(xié)會：

地址：新疆烏魯木齊市建設(shè)西路16號果樹巷兵團(tuán)勘察設(shè)計(jì)院7樓

電話：0991-2334789（兼?zhèn)髡妫?/p>

聯(lián)系人：鄧君萍13199854775 趙武林13699371750

2016—05—16

新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第八師2015年度科技計(jì)劃“高緯度地區(qū)提升光伏發(fā)電效率工藝研究與應(yīng)用”，項(xiàng)目編號：2015cz04。